全数字直流电机调速系统设计方案

摘要

本文设计和研究全数字直流电机调速系统。从理论研究到设计调速系统实现，整个系统的设计探索是主要目标。使用模糊自整定PID参数控制使调速系统对被控对象参数具有自适应能力，能使系统获得更短的上升时间和更小的超调量。在设计中给出相关调速控制器原理并给出了软、硬件实现方案。对控制方案理论研究，控制芯片合理选型，上位机调速系统界面的设计及通讯程序的实现。AT89S52对LM629控制程序的编写、模糊控制程序的编写、通讯程序的编写及调试。自行设计实验平台，调速系统软件设计中利用PID参数模糊在线自整定，使整定精度大于离线整定精度。具体内容为：直流电机运行基本原理及其应用，各种硬件接口与软件设计方法。直流电机自动控制系统的动、静态性能及其控制。直流电机调速系统开发中对Visual Basic（VB）编程理解、应用。直流电机全数字控制系统设计。设计重点在于应用，提高解决实际问题的能力。

关键词　直流电机 运行原理 模糊控制 模糊控制器 全数字控制 硬件 软件

目录

摘要.............................................................................................................................I

第一章 直流电机的运行原理...................................................................................3

1.1直流电机的结构...................................................................................................3

1.2 直流电机的基本工作原理..................................................................................3

1.3直流电机的调速原理...........................................................................................4

1.4 直流电机的数学模型..........................................................................................5

第二章 模糊控制的基本原理...................................................................................7

2.1模糊控制的起源...................................................................................................7

2.2模糊控制的发展和现状.......................................................................................7

2.3模糊控制的重要概念...........................................................................................8

2.3.1模糊集合及隶属函数........................................................................................8

2.3.2模糊关系及模糊推理........................................................................................9

第三章 直流电机模糊控制器的设计......................................................................11

3.1参数模糊自整定PID控制系统结构..................................................................11

3.2被控过程对参数KP、KI、KD的自整定要求.................................................11

3.3直流调速模糊自整定PID参数控制器设计过程..............................................12

3.3.1确定控制器的输入、输出语言变量................................................................12

3.3.2确定各语言变量的论域，在其论域上定义模糊量........................................12

3.3.3确定KP、KI、KD的调节规则.......................................................................13

3.3.4模糊推理和模糊运算........................................................................................14

第四章 硬件设计.......................................................................................................16

4.1控制系统硬件组成...............................................................................................16

4.2主控单元模块.......................................................................................................16

4.2.1运动处理芯片LM629性能特点及简介..........................................................16

4.2.2单片机AT89S52对LM629控制.....................................................................19

4.3隔离单元模块.......................................................................................................21

4.4电机驱动模块.......................................................................................................22

4.5过流保护模块.......................................................................................................24

4.6速度反馈模块.......................................................................................................24

4.6.1位置检测............................................................................................................25

4.6.2速度检测............................................................................................................25

4.7通讯模块..............................................................................................................25

第五章 软件设计......................................................................................................27

5.1 PC系统界面设计及串口通信............................................................................27

5.1.1 系统界面及功能..............................................................................................27

5.1.2 PC串口通信.....................................................................................................27

5.2控制系统AT89S52程序.....................................................................................28

5.2.1主程序...............................................................................................................28

5.2.2 中断程序..........................................................................................................29

5.3单片机模糊控制程序设计..................................................................................30

5.3.1 误差│E│及误差变化率│EC│的输入确立...................................................31

5.3.2 隶属度函数程序实现......................................................................................31

5.3.3 模糊推理及判决程序实现..............................................................................33

第六章 总结..............................................................................................................34

参考文献....................................................................................................................35

致谢............................................................................................................................36